卧式泵站直管式出水流道型线变化水力性能数值模拟

基于不可压缩流体的连续性方程和雷诺时均N-S方程,采用CFD技术对卧式泵站直管式出水流道进行数值模拟计算,通过改变出水流道型线,分析出水流道内部流动特性及水力损失影响。研究表明,出水流道当断面形状设计为圆变方,在平面方向和立面方向均逐渐扩大的形式时,流道内流态最好;将进水流道断面在平面方向设计为先扩散后平直,而在立面方向均匀扩大的形式时,流态较好;而将断面在立面与平面方向均设计成先扩散后平直时,出水流道流态最差。     

大型低扬程泵装置优化设计与试验

为了对配置肘形进水流道和虹吸式出水流道的立式泵装置进行深入的研究,得到一种高效的立式泵装置,在肘形进水流道和虹吸出水流道型线数学模型基础上,开发了基于流道设计参数的优化设计软件,能快速进行流道型线的绘制,使流道的型线自动符合一维流速渐变的原则,并对虹吸出水流道的最优驼峰位置进行了理论分析。结合计算流体动力学技术,对待建的某大型低扬程泵站进行了肘形进水流道和虹吸出水流道的优化设计,得到了水力性能优良的进出水流道型线方案。根据泵装置水力模型比选试验,优选出了效率高、高效运行范围宽、无不稳定运行区、汽蚀性能好的高比转数导叶式混流泵211-80模型,在配置优化了的进出水流道的基础上使泵装置在扬程 5.4 m时模型装置效率达到了79.62%。该泵装置的优化设计方法与试验结果对相同装置型式的大型低扬程泵站建设具有重要的参考价值。     

有压进水池消涡导水锥研究

采用单因素比较法对封闭式进水池进行CFD数值模拟计算,在ω形后壁形状的基础上进行了三角形导水锥和传统型导水锥的消涡CFD数值计算。研究表明,ω形后壁形状与进水池内流线线型最为相符,三角形导水锥高度HZ=(0~0.407)DL,锥形高度的增加阻碍喇叭管进水;三角形导水锥底径BZ=(0.5~1.0)DL,增加底径一定程度上提高了水力性能。传统型导水锥底径BZ=(0.5~1.0)DL,底宽增加阻碍喇叭管进水。设计流量下,三角形导水锥与传统型导水锥对泵效率的影响较小,但从消除进水池底部附底涡效果来看,设置防涡导水锥是有必要的。     

某潜水贯流泵站噪声现场测试与分析

潜水贯流泵站因其结构紧凑、流道顺直、装置效率高而被广泛采用,但其运行时也会产生超标振动噪声,给泵站运行人员及仪器、设备等带来危害。随着对泵站环保要求的不断提高,需合理制定泵站声环境控制目标及治理技术路径。通过对某潜水贯流泵站泵机组多工况条件下的噪声进行测试,发现泵站各个工作面噪声分布特征明显,超出国家相关标准程度不一,超标噪声频率主要集中在中、低频,泵站基坑可视为一发出大量中、低频超标噪声的相对稳态声源,危害及治理难度大。研究揭示了该类型泵站不同工作面噪声分布规律及声源特性,为泵站噪声研究及后期治理提供了依据,对改善泵站运行环境,提高泵站安全运行效率和现代化管理水平具有科学指导意义。     

耦合几何参数与载荷参数的混流泵优化

为进一步提升混流泵优化效果,并探究几何参数和载荷参数与导叶式混流泵能量特性间的响应关系,该研究结合正交试验与数值模拟,对比转速为511的导叶式混流泵叶轮开展参数优化研究。在试验验证数值模拟准确性的基础上,采用反问题设计方法,以0.85Qdes和1.15Qdes（Qdes为设计流量）处泵段水力效率为优化目标,以1.0Qdes处泵段扬程为约束条件,耦合轴面投影几何参数与流线方向载荷参数进行混流泵参数设计。研究结果表明：几何参数Lh和LS（前缘与轮毂及轮缘交点的X轴坐标）与载荷参数Kh、LEs、NCs和Ks（轮毂处中间直线斜率、轮缘处前缘载荷、轮缘处第一加载点横坐标和轮缘处中间直线段斜率）均对混流泵能量特性具有较大影响,在优化设计中均应被重点考虑;与原始模型相比,优化模型在叶轮出口附近具有更加合理的流场分布,可有效减少叶轮下游部件水力损失,其在0.85Qdes和1.15Qdes处的泵段效率分别提升了0.90和2.25个百分点。研究方法可为涡轮机械的参数化优化节约计算资源、最大化优化效果提供参考。     

非对称入流工况下钟形进水流道数

结合南水北调某大型泵站钟形进水流道的设计,采用雷诺平均纳维—斯托克斯方程(RANS)和标准 湍流模型,运用SIMPLEC算法,模拟了钟形进水流道两种设计方案在对称进水工况和偏流进水工况下的三维流场。结果表明：原设计方案在偏流进水工况下流道中易产生旋涡,而加设隔板后流道中则无旋涡产生。用泵装置模型试验对计算结果进行了验证,试验结果表明,加设隔板方案的泵装置性能较原设计方案的泵装置性能有了较大的提高,装置最高效率提高可达15%。说明在进行大型泵站钟形进水流道的优化设计时,应充分考虑到偏流进水对流态的影响。     

不同形状的泵站封闭式进水池喇叭口水力性能模拟与验证

泵站封闭式进水池是泵站常用的进水建筑物,喇叭口距水泵叶轮室最近,其形状对水泵性能的影响最为敏感。基于定常不可压缩流体的控制方程和重整化群湍流模型应用SIMPLEC算法,定常模拟不同喇叭口形状的泵站封闭式进水池内水流流动。研究表明,喇叭口对叶轮的进水流态有重要的导流整流作用;过小的喇叭口会严重影响叶轮的进水流态,随着喇叭口逐渐增大,叶轮进口处的进水流态越好,水力损失越小;过大的喇叭口水力损失大,同时需加大池宽,增加了土建投资。喇叭口大小相同,口形1/4圆弧的喇叭口较口形为1/4椭圆的喇叭口,管内流速分布更均匀,流态越好,水力损失较小。计算结果与试验数据在设计工况点处吻合较好,相对误差仅为1.7%,表明计算结果可靠。基于研究结果,推荐工程中喇叭口形状采用1/4圆弧,圆弧半径为叶轮直径的1/3~1/2倍。     

基于Excel的大型泵站水泵装置选型优化

水泵选型设计方法日臻完善，但水泵通用性能曲线绘制工作量很大。Microsoft Excel软件提供的列表、函数计算和绘图等功能给通用性能曲线绘制和水泵选型优化设计带来方便。针对水泵原、模型通用性能曲线图中，同一转轮叶片角度的流量、扬程、汽蚀余量满足相似律换算关系的特点，提出在Excel条件下进行水泵选型设计的方法。     

钟形进水流道试验及数值模拟

结合南水北调东线某泵站钟形进水流道的设计,设计和制作了3种不同形状吸水室模型流道并进行水工试验,测试了流道水力损失。采用雷诺时均N-S方程和RNG湍流模型,运用SIMPLER算法,在均匀入流与偏移入流两种进水条件下对各种吸水室流道内流场进行了三维湍流数值模拟。试验和数值分析结果表明:采用"ω"形后壁吸水室钟形进水流道在不同进水条件下均具有良好的水力性能,水力损失小,流道出口断面速度加权平均入流角接近90°,是钟形进水流道理想的吸水室形状。     

卧式泵站竖井进水流道三面进水水力特性数值模拟

针对某单向卧式引水泵站采用的竖井式进水流道进行优化设计,提出三面进水竖井进水流道,为分析三面进水下竖井进水流道的水力特性,基于雷诺时均N-S方程和k-ε标准湍流模型,采用CFD技术对该卧式泵站的三面进水竖井流道进行数值模拟,通过控制中墩的线型以及中墩宽度b形成不同的三面进水流道,从而分析不同三面进水流道的水力特性,具体分析不同方案进水流道出口断面的轴向速度分布、水平剖面的流线和速度分布以及流道水力损失的状况.研究结果表明:对于不同中墩宽度下的三面进水流道,流线型中墩较矩形中墩其流速分布均匀度和速度加权平均角均较大,采用流线型中墩可以获得较好的流态;对于流线型中墩,随着中墩宽度b的减小,过水断面面积逐渐增大,各方案流速分布均匀度和速度加权平均角逐渐增大,当b=0.075B时,此时流线型中墩泵进口断面上的压力分布较矩形中墩更为均匀.